基于地理國情監測的某帝陵水土流失評價分析

引文格式： 王永紅，魏樣，李俊，等. 基于地理國情監測的某帝陵水土流失評價分析[J].測繪通報，2015(4)：114-117.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0125

基于地理國情監測的某帝陵水土流失評價分析

王永紅，李俊，梁爽，劉廣輝

(國家測繪地理信息局第二地形測量隊，陜西 西安 710054)

Soil and Water Loss Evaluation in the Area of an Emperor Mausoleum

Based on Geographical Conditions Census

WANG Yonghong，LI Jun， LIANG Shuang，LIU Guanghui

摘要：某帝陵區域經過千年的水土流失，陵園破壞嚴重，通過地理國情監測，根據水利部土壤侵蝕評價標準，監測該帝陵區域的水土流失情況，為文物遺址區的保護治理提供相應的決策支持。通過監測發現該保護區的水土流失情況經過幾十年的變化，侵蝕程度總體有所下降，但部分區域水土仍非常嚴重，需要進一步治理保護。

關鍵詞：地理國情監測；水土流失；土壤侵蝕；遙感應用

中圖分類號：P208

收稿日期：2014-02-10

作者簡介：王永紅(1971—)，男，高級工程師，主要從事航空攝影測量、數字城市和地理信息系統建設等方面的研究。

E-mail：357888134@qq.com

通信作者： 李俊

一、引言

某帝陵保護區溝壑縱橫，人類活動劇烈，土壤侵蝕嚴重，嚴重破壞了文物遺址。土壤侵蝕是地球表面的一種自然現象，是土壤和成土母質在外營力作用(風力、水力、重力等)下被分離、破壞和移動的過程。該帝陵神道及城垣遺址所處的黃土溝壑區發生著不同程度的土壤侵蝕。在該地陵帶，因水土流失，被雨水沖擊成南北走向的深約50m，寬近200m的溝道；陵區內還有兩條縱貫南北的兩條大溝，深約100m，寬約500m；這3條溝道在陵區南邊匯集成河道[1]。逐年的水土流失使地形變得更加破碎，土壤養分流失加劇了水土流失的速度，從而破壞文物遺跡原有的地形地貌環境，對帝陵遺址產生了巨大的破壞。因為文物遺址保護的整體性原則[2]，不能將文物保護僅僅局限于陵區的石刻、門闕、角樓等地表遺存，還應該考慮陵寢的山體的完整性及田野文物存放的原貌。為了有效地減少水土流失對建陵的破壞，通過地理國情監測，應用GIS、RS、水土保持等學科的分析方法，科學有效地評價水土流失對整個帝陵保護區的破壞程度及影響因素，從而采取相應的措施保護文物遺址。

二、研究區概況與數據源

1. 研究區概況

研究區屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，北山南塬、四季分明、雨熱同季、冷暖適中，自然環境十分優越。地勢西北高而東南低，呈階梯型跌落，分山、塬、川3種地貌，北部屬丘陵溝壑區。

2. 數據源

本研究所采用的遙感數據是1956年和2012年的WorldView影像數據(預處理后的0.5m分辨率DOM)，輔助資料為該地區的地形圖、DEM及地表覆蓋分類圖。

三、水土流失影響因素分析

某帝陵的土壤侵蝕為水蝕，除了氣候和土壤等因素外，坡度、植被覆蓋和土地利用類型等因素影響著該地區的水土流失，以下對這幾個因素分別進行探討。

1. 坡度

地形地貌對土壤侵蝕的影響是多方面的，影響地面物質與能量的形成與再分配。坡度是地貌形態特征的主要要素，坡度的大小制約著土壤侵蝕量的強弱。

不考慮其他影響因素，坡度越大，雨水沖刷導致水土流失的程度會越劇烈，如圖1(圖中所示陵園及神道范圍均為示意圖)所示，陵園內山體陡峭，坡度較大，容易產生嚴重的水土流失，對帝陵產生破壞，因此在這些坡度陡峭的地區，要注意進行水土保持，防止地表環境遭到大的破壞。

2. 植被

植被通過降雨截留、降低徑流流速、增強土壤入滲、減少徑流量、固結土壤、增強土壤結構穩定性和提高土壤抗蝕、抗沖性等阻止地表土壤流失，破壞地面植被，將導致水土流失加劇，因此植被覆蓋的優劣也直接影響著水土流失的程度。

圖1　某帝陵保護區坡度圖

通過植被蓋度這個指標來反映陵區的植被覆蓋情況，植被蓋度是反映植被狀況的指標，也是影響土壤侵蝕的重要參數，植被蓋度越大，水土保持功效越強，較低的植被蓋度會導致較多的水土流失。故應該在植被覆蓋度低的地區保證較高的植被蓋度，因此為了防止該帝陵的水土流失加劇，在實施退耕還林草時，要保證還林草的質量，即確保植被的有效蓋度，才能達到減少土壤侵蝕的效果。

3. 土地利用

(1) 土地利用轉移矩陣

土地利用的變化是引起土壤侵蝕變化的重要因素。不同土地利用類型對于水土保持的功效不同，以林地最大、灌叢次之、牧草再次之、耕地最差。單純從土地利用類型的面積變化來看，很難揭示土地利用的內部結構變化，為更好地揭示各種土地利用類型的內部變化特征，可以通過土地利用轉移矩陣(表1)定量說明土地利用類型之間的相互轉化狀況，表征區域土地利用變化特征。

表1　1956—2013年某帝陵保護區土地利用類型轉移矩陣　(%)

由表1可見，從1956年—2013年，有55.1%的耕地轉化為園地，2.2%的耕地轉化為林地，6.9%的耕地轉為草地。耕地轉化為林地、草地、園地等這些土地類型，其中主要轉化為園地，這些類型的轉移都有助于減少陵區的水土流失。園地的水土保持效益是高于耕地的，可見改變土地利用方式是快速減少區域土壤侵蝕的有效措施。然而，17.5%的園地轉化耕地，耕地的調水保土功效低于園地，故這種土地利用類型對于水土保持而言是不合理的，因此，在今后的工作中，要防止出現類似這種將園地、林地、草地等高水土保持功效的土地利用類型轉化為耕地等調水保土功效差的類型。

(2) 耕地在不同坡度的空間分布

該帝陵依山而建，山體陡峭，耕地的水土保持功效很低，非常容易導致水土流失，筆者分析1956年和2013年耕地在不同坡度的空間分布情況，如圖2和圖3所示。

圖2　1956年耕地空間分布

圖3　2013年耕地空間分布

由圖2、圖3可見，在1956年，耕地分布較多，到2013年坡耕地大量減少，尤其在帝陵陵園范圍內，耕地數量也在減少，但是經過幾十年的變化，到2013年陵園內仍有部分耕地。而在坡度大于25°的山坡上，坡耕地容易導致強烈的水土流失，根據國家規定坡度大于25°的坡耕地必須全部退耕還林還草。此外，尤其該帝陵是國家重點文物保護單位，因此在建陵陵園內應減少人類活動的破壞，陵園內坡度在15°以上的耕地數量也不少，應將陵園內坡度在15°以上的坡耕地也退耕還林還草，這樣才有助于文物的整體保護。

四、基于地理國情監測的土壤侵蝕強度評價分析

根據水利部頒布的土壤侵蝕分類分級標準[3]，利用監測區坡度、植被蓋度和土地利用進行水蝕強度評價，將土壤侵蝕強度等級分為微度、輕度、中度、強度、極強度和劇烈侵蝕，計算得到1956年和2013年的土壤侵蝕強度，如圖4、圖5所示。

通過圖4、圖5可以看出1956年和2013年各種土壤侵蝕強度的分布情況，微度侵蝕和輕度侵蝕主要分布在坡度較緩的地區，而陵寢所在的山體處，坡度大、山體陡峭，侵蝕嚴重，極強度和劇烈侵蝕主要分布在山體坡度變化大的區域。在1956年整個帝陵保護區的水土流失情況相當嚴峻，存在大量的強度、極強度、劇烈侵蝕，尤其在陵園內基本上是強度侵蝕及以上。然而到了2013年，該帝陵保護區侵蝕狀況總體好轉，中度侵蝕增多，強度侵蝕及以上有所下降；陵園內強度及以上侵蝕下降，中度侵蝕增多。從侵蝕強度的空間分布來看，到2013年侵蝕狀況明顯好轉，但是土壤侵蝕形勢依然嚴峻。

圖4　1956年土壤侵蝕強度分級圖

圖5　2013年土壤侵蝕強度分級圖

統計分析了過去幾十年間各強度的面積百分比及土壤侵蝕強度轉移矩陣，如圖6和表2所示。

圖6　1956年與2013年侵蝕強度對比

動態轉移矩陣2013年微度輕度中度強度極強度劇烈1956年微度99.680.150.100.030.030.02輕度8.2986.604.720.39--中度5.8028.2963.041.381.300.19強度4.5115.1931.0348.040.670.55極強度4.92-43.2111.8639.450.56劇烈4.89-23.6228.9413.4329.13

對比1956年和2013年土壤侵蝕的變化(圖6)可以看出，2013年的輕度、微度、中度侵蝕相對于1956年的輕度、微度、中度侵蝕增加，而中度、強度、極強度、劇烈侵蝕分別減少7%、5%和1%。從表2可見，強度、極強度、劇烈侵蝕基本轉化為微度、輕度、中度侵蝕?？傮w而言，2013年相比1956年侵蝕明顯好轉，但是陵園內的侵蝕程度仍然很強，水土流失對文物的破壞潛力依然非常大，若不繼續加大治理，侵蝕強度較大的區域，將不斷遭到雨水的侵蝕，溝谷將不斷變深、變寬，地形變得更加破碎，該帝陵將遭到進一步破壞，再過幾百年，石刻的區域將都會成為溝壑，雖然不直接破壞石刻本體，但是這些文物的原貌將遭到嚴重破壞。田野文物的原貌是非常重要的，因為那些文物的擺放方位、朝向等都可能隱含著重要的信息。為了更好地保護文化遺產，必須采取相應的水土保持措施，減少水土流失對陵區的破壞，防止神道變溝壑這種情況再次發生。

五、結論與建議

通過地理國情的調查成果，應用GIS、RS、水土保持等學科的分析方法，可以科學有效地評價水土流失，為該帝陵的保護提供重要的決策支持。通過分析發現，1956年至2013年土壤侵蝕程度總體減緩，強度、極強度、劇烈侵蝕等所占的比重下降，這與國家在該區域建立保護區減少了人類活動的破壞，并且實施退耕還林草及相應的水土保持措施的情況相吻合，由此可以看出，水土流失的狀況總體在好轉，人類活動的減少及退耕還林草工程的實施有助于帝陵遺址的整體保護，為今后帝陵的保護規劃提供了借鑒。但是，陵區內水土流失形勢依舊很嚴峻，部分退耕還林草區仍有部分耕地，且部分林草覆蓋區的植被蓋度仍待進一步提高。

此外，水土流失嚴重性和治理的迫切性，已經引起政府和文物保護部門的高度重視，通過地理國情監測項目，應建立該帝陵保護區水土保持監測的長效機制，定期進行水土流失監測，進而判定水土流失治理的成效，提出相應的改進措施；加大退耕還林草工程，減少人類活動對自然的破壞。將整個保護區內坡度25°以上的坡耕地進行退耕還林草，同時為了進一步保護重點文物，將陵園內坡度15°～25°的耕地也退耕還林草，并且要優先種樹，保證退耕還林草的質量(即確保植被的有效蓋度)，才能更好地減少水土流失。

參考文獻：

[1]趙靜.帝陵檔案[M].西安：三秦出版社, 2010.

[2]李嶸.整體性原則在唐陵保護中的實踐與思考[D].西安：西北大學,2008.

[3]中華人民共和國水利部. SL 190-2007 土壤侵蝕分類分級標準[S].北京：中國水利水電出版社, 2007.